基于DSP的光电信号检测系统设计

刘进义

摘要：光电信号检测技术是光学与电子学相结合而产生的一门新兴的检测技术，它主要利用电子技术对光学信号进行检测，并进一步传递、存储、控制、计算和显示。将光信号的度量方式转换成电信号的测量方式，具有系统芯片制造成本低、便于携带，能够实现对动态变化的光电信号高速、准确检测和拥有更广的工程应用功能等优点。基于DSP嵌入式的光电信号检测系统是通过结合微处理器以及光电探测器与电流放大器来实现的，是一种对较弱的光电信号也具有较高检测精度的检测方式。

关键词：DSP;光电信号;检测

引言：目前应用于光纤信号检测的光电检测系统繁多，但普遍存在着响应时间较长、精度低误差较大等问题。文章提出了一种基于DSP的光电信号检测系统设计，该系统设计简单，显著提高了信号检测的可靠性和稳定性。

1.光电信号检测系统结构

本文基于光电传感的智能检测技术，制定了传感器总体结构方案，简单来说，就是设计了一套将待测光信号转化为微弱电信号，然后对电信号进行放大，再经过信号采集与信号处理的系统。光电信号检测系统的基本框架图如图1所示：

第一，光源与光学处理

基于光信号视角下，未检测光源的强度以及波长等都存在较大的差异，在信号发出过程中，可以借助某些反应或者外部环境作用进行工作。通常情况下，光信号都要经过光学处理模块进行光学变化，使信号具有一定的附加性，还需使用一些辅助器件保证光信号更好的射入到光学探测器中。

第二，光电探测器

在光电信号检测系统当中，光电探测器作为极为关键的部分，是确保整体系统稳定運行的重要保证。该探测器能够将未检测的光信号转变为电信号，并且探测器中的相关参数决定着光电转换质量，会影响整个系统测试的灵敏度。

第三，电流放大装置

在一般情况下，通过光电探测器后转换形成的电流信号是比较微弱的，电流放大器对其进行放大转化，将其变为幅值合适的电压信号。电流放大器主要是由前置放大器、后置放大器以及一系列的电子元器件组成。其中，前置放大器是整个电流放大装置的核心[1]。

第四，光电信号处理模块

主要包括信号采集模块和信号处理模块，其中，信号处理过程通过基于C语言的DSP信号处理芯片控制完成。通过电流放大器输出的电压信号被采集模块采集、存储，经过相关分析处理得到未检测光信号的基本信息。针对不同的未检测光信号，对光电信号检测系统提出了不同的设计要求，必须全面详细理解系统设计需求，具体体现在入射效率、光电转换效率、响应速度、信噪比等多个方面。

2.信号处理方案设计

2.1 硬件组成

信号处理的硬件部分以数字信号处理器TMS320F2808为核心，如图2所示，主要包括：处理器芯片DSP-TMS320F2808、电源芯片TPS767D318、串口芯片MAX485、储存芯片24LC16、显示模块LPH7366等等。

由于DSP2808的内核同GPIO接口以及外设供电大小不同，上电时序也有要求，选择双路低压差电源调整器TPS767D318作为电源转换芯片，它能提供1.8V和3.3V电压。电路设计时将3.3V电压输出经RC电路和三极管开关获得延时信号，并用该信号来控制1.8V的输出使能，实现1.8V电压的延迟输出。系统中的通讯模块选择485通讯协议，其电气特性为：逻辑“1”以电压差为+（2～6）V表示;逻辑“0”以电压差为-（2～6）V表示。与RS232通讯相比降低了电平，就不易损坏接口电路的芯片，且该电平与TTL电平兼容，还有更高的传输距离，最高可达10Mps选择的芯片是MAX485，它与TMS320F2808的71和72引脚的第二功能SCIRXDB和SCITXDB相连。

2.2 软件流程

如图3所示为软件设计流程，软件系统的开发是在CCS环境下完成的，编程语言使用C语言和汇编语言相结合的方式。

软件设计的流程为：首先对TMS320F2808相关模块进行初始化，包括Flash、时钟、中断、串口通信、定时器等;并从EEPROM中读出上次储存的参数设置;再接收上位机命令，启动定时器，允许中断;然后开始采集数据，并在程序中对数据做数字滤波，并将滤波后的数据储存;将采集到的数据与EEPROM中存储的参数比较，判断是否超过阈值;如果超过阈值，将发出报警信息，并且切断继电器;如果数据正常，则将其显示在液晶屏上，并同时通过485串口通讯将数据传到上位机如计算机上;最后重置看门狗，完成整个循环，并开始采集新一轮数据。

其中，为了应对由机械，温度等带来的干扰，在很大的噪声中能将所需要的信号提取出来，方案设计时DSP将采集到的数据进行数字滤波，可以有效地滤掉噪声脉冲，提高信号质量。采用复合滤波算法对采集到的数据进行滤波处理，这样既可以去掉脉冲干扰，又可以对采样值进行平滑处理，并兼有中位值滤波和算术平均滤波的优点[2]。

结论：

简而言之，针对传统的光电信号检测系统存在的一系列问题，研究并提出了基于DSP嵌入式技术的光电信号检测系统设计。研究结果表明，本文系统能够快速、准确的进行光电信号检测，且具有较强的实用性。

参考文献：

[1]毛佳红，娄小平，李伟仙，等.基于线结构光的双目三维体积测量系统[J].光学技术，2016，42（1）：10-15.

[2]徐恩博，郭阳宽，刘超，等.低噪声单微粒散射光检测电路[J].半导体光电，2017，38（3）：414-418.